9급 지방직 공무원 서울시 화학 필기 기출문제복원 (2018-06-23)

9급 지방직 공무원 서울시 화학
(2018-06-23 기출문제)

목록

1. 전자배치 중에서 훈트 규칙(Hund’s rule)을 위반한 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""입니다. 이유는 훈트 규칙에 따르면, 전자가 채워지는 에너지 준위는 가능한 한 낮은 에너지 준위부터 채워져야 합니다. 또한, 같은 에너지 준위에 있는 전자들은 가능한 한 많이 채워져야 합니다. 그러나 ""의 경우, 3d 궤도에 있는 5개의 전자 중 2개의 전자가 반대 방향으로 스핀하고 있으므로 훈트 규칙을 위반하고 있습니다.
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2. 탄소와 수소로만 이루어진 미지의 화합물을 원소분석한 결과 4.40g의 CO2와 2.25g의 H2O를 얻었다. 미지의 화합물의 실험식은? (단, 원자량은 H=1, C=12, O=16이다.)

  1. CH2
  2. C2H5
  3. C4H12
  4. C5H2
(정답률: 알수없음)
  • CO2와 H2O의 질량을 이용하여 미지의 화합물 내에 존재하는 탄소와 수소의 몰 비율을 구할 수 있다.

    CO2의 몰 질량은 44g/mol이고, H2O의 몰 질량은 18g/mol이다. 따라서, CO2 1몰과 H2O 2몰이 존재한다면, 탄소와 수소의 몰 비율은 다음과 같다.

    CO2: C 1mol, H 0mol
    H2O: C 0mol, H 2mol

    따라서, 미지의 화합물 내에는 탄소와 수소의 몰 비율이 1:2이다. 이를 바탕으로 가능한 실험식을 찾아보면, C2H5가 유일한 옵션이다. 왜냐하면, C2H4는 탄소와 수소의 몰 비율이 1:2이지만, 미지의 화합물 내에는 산소가 존재하기 때문에 실험식이 일치하지 않는다. C4H12와 C5H2는 탄소와 수소의 몰 비율이 1:3이기 때문에 미지의 화합물과 일치하지 않는다. 따라서, 미지의 화합물의 실험식은 C2H5이다.
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3. 백열전구가 켜지는 전기 회로의 전극을 H2SO4 용액에 넣었더니 백열전구가 밝게 불이 들어왔다. 이 용액에 묽은 염용액을 첨가했더니 백열전구가 어두워졌다. 어느 염을 용액에 넣은 것인가?

  1. Ba(NO3)2
  2. K2SO4
  3. NaNO3
  4. NH4NO3
(정답률: 알수없음)
  • Ba(NO3)2는 이온화합물로, 용액에 묻힌 전극에서 Ba2+ 이온과 NO3- 이온이 생성됩니다. 이때, 백열전구가 켜지는 것은 전극에서 일어나는 화학반응으로 인해 전자가 흐르면서 발생하는 열로 인한 것입니다. 그러나 Ba(NO3)2를 첨가하면 Ba2+ 이온과 NO3- 이온이 생성되면서 이온들이 전극과 상호작용하여 전자의 흐름을 방해하게 됩니다. 따라서 백열전구가 어두워지게 됩니다.
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4. 반응식의 균형을 맞출 경우에, ㈎~㈐로 가장 옳은 것은?

  1. ㈎ 2 ㈏ 3 ㈐ 2
  2. ㈎ 3 ㈏ 3 ㈐ 1
  3. ㈎ 2 ㈏ 3 ㈐ 3
  4. ㈎ 3 ㈏ 3 ㈐ 3
(정답률: 알수없음)
  • 반응식에서 H2O와 CO2는 생성물이므로 계수를 1로 놓고, CH4와 O2는 원료이므로 계수를 x와 y로 놓는다. 이때 탄소 원자와 수소 원자의 개수가 같아지도록 계수를 맞춘다.

    탄소 원자: x = 1, y = 2x
    산소 원자: 2y = 2x + 2

    이를 풀면 x = 1, y = 2가 된다. 따라서 CH4와 O2의 계수는 각각 1과 2이며, H2O와 CO2의 계수는 각각 3과 1이 된다. 따라서 정답은 "㈎ 3 ㈏ 3 ㈐ 1"이다.
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5. 순수한 상태에서 강한 수소결합이 가능한 분자는?

(정답률: 알수없음)
  • 정답인 ""는 물 분자입니다. 물 분자는 산소 원자와 수소 원자가 결합하여 이루어진 분자이며, 산소 원자는 두 개의 수소 원자와 강한 수소결합을 형성합니다. 이러한 강한 수소결합으로 인해 물 분자는 매우 안정적인 상태를 유지하며, 순수한 상태에서도 강한 수소결합이 가능한 분자입니다.
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6. (스트론튬)의 양성자(p) 및 중성자(n)의 수가 바르게 짝지어진 것은?

  1. 양성자(p) 38, 중성자(n) 52
  2. 양성자(p) 38, 중성자(n) 90
  3. 양성자(p) 52, 중성자(n) 38
  4. 양성자(p) 90, 중성자(n) 38
(정답률: 100%)
  • 스트론튬의 원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져 있습니다. 이 문제에서는 양성자와 중성자의 수가 바르게 짝지어진 것을 찾아야 합니다.

    스트론튬의 원자번호는 38이므로 양성자의 수는 38개입니다. 이제 중성자의 수를 찾아야 하는데, 스트론튬의 질량수는 대략 80이므로 중성자의 수는 80 - 38 = 42개입니다.

    하지만 보기에서는 중성자의 수가 52, 38, 90으로 다양하게 주어졌습니다. 이 중에서는 "양성자(p) 38, 중성자(n) 52"가 바르게 짝지어진 것입니다.

    따라서 정답은 "양성자(p) 38, 중성자(n) 52"입니다.
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7. 이원자 분자 중 p오비탈-s오비탈 혼합을 고려해서 분자오비탈의 에너지 순서를 정하고 전자를 채웠을 때, 분자와 자기성을 나타낸 것으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. B2, 상자기성
  2. C2, 반자기성
  3. O2, 상자기성
  4. F2, 상자기성
(정답률: 알수없음)
  • p오비탈-s오비탈 혼합을 고려하면, p오비탈과 s오비탈이 혼합하여 sp3 형태의 분자오비탈이 생성됩니다. 이때, sp3 형태의 분자오비탈은 s오비탈보다 에너지가 낮고, p오비탈보다 에너지가 높습니다.

    따라서, 전자를 채웠을 때 분자오비탈의 에너지 순서는 다음과 같습니다.

    s < sp3 < p

    이때, F2 분자는 모든 전자를 짝지어 채우므로, 모든 분자오비탈이 채워지게 됩니다. 따라서, 분자의 전체 스핀은 0이 되어 반자기성을 나타냅니다.

    반면, B2, C2, O2 분자는 모두 전자를 짝지어 채우지 못하므로, 하나 이상의 분자오비탈이 비어있게 됩니다. 이때, 비어있는 분자오비탈에 전자를 채우는 경우에는 분자의 전체 스핀이 1/2가 되어 상자기성을 나타냅니다.

    따라서, 정답은 "F2, 상자기성" 입니다.
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8. ＜보기＞의 괄호에 들어갈 4A족 원소에 해당하는 것으로 가장 옳은 것은?

  1. 탄소
  2. 규소
  3. 저마늄
  4. 주석
(정답률: 60%)
  • 주어진 그림은 반도체의 결정 구조를 나타내고 있습니다. 이 구조에서 4A족 원소는 주기율표에서 14번째 열에 해당하는 원소들입니다. 따라서 보기 중에서 4A족 원소는 "규소"와 "주석" 두 가지입니다. 그러나 규소는 반도체로서의 특성이 주석에 비해 약하기 때문에, 이 구조에서 4A족 원소는 "주석"이라고 할 수 있습니다.
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9. 오존이 분해되어 산소가 되는 반응이 ＜보기＞의 두 단계를 거쳐 이루어질 때, 반응 메카니즘과 일치하는 반응속도식은? (단, 첫 단계에서는 빠른 평형을 이루고, 두 번째 단계는 매우 느리게 진행한다.)

  1. k[O3]
  2. k[O3]2
  3. k[O3]2[O2]
  4. k[O3]2[O2]-1
(정답률: 알수없음)
  • 두 단계로 이루어진 반응에서 첫 번째 단계에서는 빠른 평형이 이루어지므로, 산소와 오존의 농도는 거의 일정하게 유지된다. 따라서, 두 번째 단계에서는 산소와 오존의 농도에 따라 반응속도가 결정된다. 두 번째 단계에서는 오존과 산소가 충돌하여 반응하는데, 이 때 반응속도는 오존과 산소 농도의 곱에 비례한다. 따라서, 반응속도식은 k[O3]2[O2]-1이 된다.
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10. 암모니아를 생산하는 하버 프로세스가 ＜보기＞와 같을 때, 암모니아 생성을 방해하는 것으로 가장 옳은 것은?

  1. 고온
  2. 고압
  3. 수소 추가
  4. 생성된 암모니아 제거
(정답률: 알수없음)
  • 암모니아 생성 반응은 엔탈피 변화가 크기 때문에 반응 열역학적으로는 열이 흡수되는 반응입니다. 따라서 반응 온도가 낮을수록 반응 속도가 느려지게 됩니다. 그러므로 고온에서 반응을 진행시키는 것이 암모니아 생성을 촉진시키는 가장 중요한 요인 중 하나입니다.
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11. 프로판올(C3H7OH)이 산소와 반응하면 물과 이산화탄소가 생긴다. 120.0g의 프로판올이 완전 연소될 때 생성되는 물의 질량은? (단, 수소의 원자량은 1.0g/mol, 탄소의 원자량은 12.0g/mol, 산소의 원자량은 16.0g/mol이다.)

  1. 36.0g
  2. 72.0g
  3. 144.0g
  4. 180.0g
(정답률: 알수없음)
  • 프로판올(C3H7OH)의 분자식을 쓰면 C3H7OH + O2 → CO2 + H2O가 된다. 이 반응식에서 프로판올 1몰이 연소될 때 생기는 물의 몰 수는 4몰이다. 따라서 120.0g의 프로판올이 연소될 때 생기는 물의 질량은 4몰 x 18.0g/mol = 72.0g이다. 하지만 문제에서는 "완전 연소"라는 조건이 주어졌으므로 모든 프로판올 분자가 완전히 연소하여 물이 생성된다. 따라서 120.0g의 프로판올이 모두 연소되면 생기는 물의 질량은 72.0g x (120.0g/44.1g) = 144.0g이 된다. 따라서 정답은 "144.0g"이다.
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12. 주양자수 n=5에 대해서, 각운동량 양자수 l의 값과 각 부 껍질 명칭으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. l=0, 5s
  2. l=1, 5p
  3. l=3, 5f
  4. l=4, 5e
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "l=4, 5e"입니다.

    주양자수 n=5일 때, 가능한 각운동량 양자수 l의 값은 0부터 4까지입니다. 이 중에서 l=4인 경우는 존재하지 않습니다.

    각 부 껍질 명칭은 l값에 따라 s, p, d, f, g, h, i, ... 순으로 지정됩니다. 따라서 l=4인 경우에는 e라는 부 껍질 명칭이 존재하지 않습니다.

    따라서 "l=4, 5e"가 가장 옳지 않은 것입니다.
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13. ＜보기＞ 중 반지름이 가장 큰 이온은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 이온의 크기는 전하량과 반지름의 크기에 영향을 받는데, 전하량은 모두 2+로 동일하므로 반지름이 가장 큰 이온이 가장 작은 전하밀도를 가지게 됩니다. 따라서 보기에서 반지름이 가장 큰 이온은 "ㄴ"입니다.
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14. 전자기파의 파장이 증가하는(에너지가 감소하는) 순서대로 바르게 나열한 것은?

  1. 마이크로파＜적외선＜가시광선＜자외선
  2. 마이크로파＜가시광선＜적외선＜자외선
  3. 자외선＜가시광선＜적외선＜마이크로파
  4. 자외선＜적외선＜가시광선＜마이크로파
(정답률: 100%)
  • 전자기파의 파장이 증가하면, 파장이 짧아지고 주파수가 높아지며, 에너지가 증가합니다. 따라서, 에너지가 감소하는 순서대로 파장이 증가하는 것은 반대로 파장이 길어지고 주파수가 낮아지는 순서입니다. 이에 따라, 자외선은 가시광선보다 파장이 짧고, 적외선은 자외선보다 더 길고, 마이크로파는 가장 긴 파장을 가지므로 자외선＜가시광선＜적외선＜마이크로파 순서가 올바릅니다.
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15. 과망간산 칼륨(KMnO4)은 산화제로 널리 쓰이는 시약이다. 염기성 용액에서 과망간산 이온은 물을 산화시키며 이산화망간으로 환원되는데, 이때의 화학 반응식으로 가장 옳은 것은?

  1. MnO4-(aq)+H2O(l) → MnO2(s)+H2(g)+OH-(aq)
  2. MnO4-(aq)+6H2O(l) → MnO2(s)+2H2(g)+8OH-(aq)
  3. 4MnO4-(aq)+2H2O(l) → 4MnO2(s)+3O2(g)+4OH-(aq)
  4. 2MnO4-(aq)+2H2O(l) →2Mn2+(aq)+3O2(g)+4OH-(aq)
(정답률: 82%)
  • 과망간산 이온은 염기성 용액에서 물을 산화시키며 이산화망간으로 환원된다. 이산화망간은 고체 상태로 생성되며, 산화된 물은 산성 환경에서 생성된 수소 이온과 결합하여 수소 가스로 방출된다. 또한, 염기성 용액에서는 과망간산 이온이 수산화 이온과 결합하여 수산화망간산 이온을 생성한다. 따라서, 이 반응식은 다음과 같다.

    4MnO4-(aq) + 2H2O(l) → 4MnO2(s) + 3O2(g) + 4OH-(aq)

    이 반응식에서, 4개의 과망간산 이온이 2개의 물과 반응하여 4개의 이산화망간과 3개의 산소가 생성된다. 또한, 4개의 수산화 이온이 생성되며, 이는 염기성 용액에서 생성되는 것이다. 따라서, 이 반응식이 가장 옳은 것이다.
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16. [Co(NH3)6]3+, [Co(NH3)5(NCS)]2+, [Co(NH3)5(H2O)]2+는 각각 노란색, 진한 주황색, 빨간색을 띤다. NH3, NCS-, H2O의 분광화학적 계열 순서를 크기에 따라 표시한 것으로 가장 옳은 것은?

  1. NH3 ＞ NCS- ＞ H2O
  2. NH3 ＜ NCS- ＜ H2O
  3. NCS- ＞ H2O ＞ NH3
  4. NCS- ＜ H2O ＜ NH3
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "NH3 ＞ NCS- ＞ H2O"입니다.

    이유는 다음과 같습니다.

    1. 색의 진하기는 전자의 에너지 상태와 관련이 있습니다.
    2. 전자의 에너지 상태는 결합하는 원자나 이온의 크기와 관련이 있습니다.
    3. NH3, NCS-, H2O의 크기는 각각 NH3 > NCS- > H2O입니다.
    4. 따라서, Co와 결합하는 원자나 이온의 크기가 클수록 전자의 에너지 상태가 낮아져서 색이 진해집니다.
    5. 따라서, [Co(NH3)6]3+는 NH3과 6개의 결합을 가지므로 크기가 가장 크고, 노란색을 띱니다.
    6. [Co(NH3)5(NCS)]2+는 NCS-와 결합하므로 크기가 중간이고, 진한 주황색을 띱니다.
    7. [Co(NH3)5(H2O)]2+는 H2O와 결합하므로 크기가 가장 작고, 빨간색을 띱니다.
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17. 알칼리 금속에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 나트륨(Na)의 ‘원자가 전자 배치’는 3s1이다.
  2. 물과 반응할 때, 환원력의 순서는 Li ＞ K ＞ Na이다.
  3. 일차 이온화 에너지는 Li ＜ K ＜ Na이다.
  4. 세슘(Cs)도 알칼리 금속이다.
(정답률: 알수없음)
  • 세슘(Cs)도 알칼리 금속이다는 것이 가장 옳지 않은 설명입니다. 세슘은 알칼리 금속 중에서 가장 큰 원자 반지름을 가지고 있으며, 반응성도 다른 알칼리 금속에 비해 낮습니다.

    일차 이온화 에너지는 Li ＜ K ＜ Na인 이유는 전자 궤도에 있는 전자의 수가 증가함에 따라, 전자와 양성자 사이의 전기적인 인력이 약해지기 때문입니다. 따라서, 전자를 제거하기 위해 필요한 에너지가 감소하게 되어 일차 이온화 에너지가 작아집니다. Li는 1s22s1, K는 1s22s22p63s23p64s1, Na는 1s22s22p63s1의 전자 배치를 가지고 있으며, 이에 따라 일차 이온화 에너지는 Li ＜ K ＜ Na입니다.
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18. ＜보기＞의 화학반응식의 산화 반쪽반응으로 가장 옳은 것은?

  1. Zn(s) → Zn2+(aq)+2e-
  2. Zn2+(aq)+ 2e- → Zn(s)
  3. 2H+(aq)+ 2e- → H2(g)
  4. H2(g) → 2H+(aq)+ 2e-
(정답률: 70%)
  • 주어진 화학반응식에서 Zn(s)가 Zn2+(aq)와 2개의 전자(e-)를 잃어버리는 것은 산화반응이기 때문에, "Zn(s) → Zn2+(aq)+2e-"가 옳은 답입니다. 이 반응에서 Zn(s)는 0 전하를 가지고 있지만, Zn2+(aq)는 2 전하를 가지고 있으므로, Zn(s)가 2개의 전자를 잃어버리면 Zn2+(aq)가 생성됩니다.
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19. ＜보기＞ 중 끓는점이 가장 높은 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄹ
(정답률: 82%)
  • 정답은 "ㄱ"입니다. 이유는 끓는점이 가장 높은 것은 분자간의 인력이 강한 분자일수록 높기 때문입니다. "ㄱ"은 분자간의 인력이 가장 강하므로 끓는점이 가장 높습니다.
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20. VSEPR(원자가 껍질 전자쌍 반발이론)에 근거하여 가장 안정된 형태의 구조가 삼각쌍뿔인 분자는?

  1. BeCl2
  2. CH4
  3. PCl5
  4. lF5
(정답률: 알수없음)
  • VSEPR 이론에 따르면 분자의 전자쌍은 서로 반발하며 가능한 한 멀리 떨어져 있으려고 한다. 따라서 분자의 형태는 전자쌍의 수와 분자 중심 원자 주변에 있는 원자들의 수에 따라 결정된다.

    BeCl2는 선형 분자로, 중심 원자인 베릴륨 주변에는 두 개의 클로로 원자가 있으며 전자쌍이 없다. CH4는 탄소 주변에 네 개의 수소 원자가 있으며 전자쌍도 네 개 있어서, 분자의 형태는 탄소를 중심으로 한 정사면체이다.

    PCl5는 인과 클로로 원자가 번갈아 배열되어 있는데, 인 주변에는 다섯 개의 클로로 원자가 있으며 전자쌍도 다섯 개 있다. 이 경우, 전자쌍은 가능한 한 멀리 떨어져 있으려고 하기 때문에, 분자의 형태는 삼각쌍뿔이 된다.

    lF5는 중심 원자인 플루오린 주변에 다섯 개의 플루오린 원자가 있으며 전자쌍도 다섯 개 있다. 이 경우, 전자쌍은 가능한 한 멀리 떨어져 있으려고 하지만, 분자의 형태는 평면 삼각형과 삼각쌍뿔의 중간 형태인 삼각쌍뿔 형태가 된다. 그러나 이 형태는 비교적 불안정하며, lF5는 실제로는 삼각쌍뿔 형태를 띄지 않고, 더 안정적인 다른 형태를 띈다.
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